反铁磁氧族化物CeMnAsO中的自旋重取向与Ce-Mn耦合

利用中子粉末衍射和磁化测量研究了高质量多晶CeMnAsO（“1111”型氧族化物的母体化合物）的结构和磁性。我们发现CeMnAsO在相对较高的奈尔温度$T_{\rm N} = 345$ K以下经历C型反铁磁有序，Mn$^{2+}$ ($S=5/2$)磁矩沿\textit{c}轴指向。在$T_{\rm SR} = 35$ K以下，发生两个瞬时转变：Mn磁矩从$c$轴重新取向到\textit{ab}平面，保持C型磁有序，同时Ce磁矩经历长程反铁磁有序，反平行磁矩指向\textit{ab}平面。在7 K以下发生另一个向非共线磁结构的转变。在2 K时，Mn和Ce的有序磁矩分别为3.32(4) $\mu_{B}$和0.81(4)$\mu_{B}$。我们发现CeMnAsO主要属于局域矩反铁磁绝缘体范畴，其中最近邻相互作用($J_{1}$)占主导，且在$J_{1}-J_{2}-J_{c}$模型背景下$J_{2}<J_{1}/2$。由稀土Ce和过渡金属之间的耦合驱动的自旋重取向转变似乎对Mn、Fe和Cr离子是普遍的，但对同结构氧族化物中的Co和Ni离子则不普遍。提出了CeMnAsO中Mn和Ce子晶格磁结构的示意图。